Solução Exata para o Problema de Alocação de Espectro, Regeneradores e Modulação em Redes Ópticas Elásticas
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Pesc publication
O surgimento de novos serviços na Internet, como computação em nuvem, aplicações em tempo real, redes 5G, IoT, streaming de mídia em alta resolução, apenas para citar alguns exemplos, tem impulsionado a busca por maiores taxas de transmissão. Com os constantes avanços tecnológicos, através do desenvolvimento de dispositivos de transmissão e modulações mais eficientes, consegue-se atingir taxas de transmissão cada vez maiores, capazes de percorrer distâncias de centenas ou até milhares de quilômetros. Em redes de comunicação de dados, tirar o máximo proveito dos recursos disponíveis do meio físico é uma preocupação constante. Especificamente, mesmo em se tratando de transmissão de dados sobre fibras ópticas, o espectro óptico deve ser usado de forma criteriosa, apesar de sua enorme capacidade. Na última década, uma novo paradigma surgiu denominado redes ópticas elásticas ou simplesmente EON (do inglês Elastic Optical Networks), justamente com o objetivo de tornar o uso de fibras ópticas ainda mais eficiente, reduzindo o desperdício característico de tecnologias atualmente empregadas. Um problema essencial a ser tratado em EON ficou conhecido como RMSA (Routing, Modulation and Spectrum Allocation). Neste trabalho, apresentamos um modelo ILP denominado RMSA-BP para solução exata do problema RMSA em EON. Dada uma topologia e um conjunto de demandas, é definida a melhor rota, a frequência de espectro e modulação a ser adotada para atender cada demanda. Também é definido o número mínimo de regeneradores necessários. Adicionalmente, e se diferenciando das demais propostas, o RMSA-BP também minimiza a taxa de bloqueio (número de demandas que não podem ser atendidas devido à falta de recursos) em seu objetivo principal. Apesar de toda a complexidade do problema, o modelo RMSA-BP atingiu bons resultados, obtendo a solução exata em tempos satisfatórios.
The emergence of new services on the Internet, such as cloud computing, real-time applications, 5G networks, IoT, high-resolution media streaming, just to name a few examples, has been driving the ever-growing need for higher transmission rates and bandwidth. The development of more efficient transmission devices and modulations has resulted in higher transmission rates, capable of covering distances of hundreds or even thousands of kilometers. In data communication networks, it is always necessary to make the most of the available resources of the physical medium. Specifically, even when it comes to data transmission over optical fibers, the optical spectrum must be used with care, despite its enormous capacity. In the last decade, a new paradigm has emerged, called Elastic Optical Networks (EON), precisely aiming to make the use of optical fibers even more efficient, by reducing spectrum waste found on currently employed technologies. An essential problem to be addressed in EON is known as RMSA (Routing, Modulation, and Spectrum Allocation). In this work, we present an ILP model called RMSA-BP for the exact solution of the RMSA problem in EON. Given a topology and a set of demands, our model identifies the most efficient route to meet each demand, from its origin to its destination, and specifies which spectrum frequency and modulation should be adopted on each link of the route. It also determines the minimum number and location of specific transmission devices, known as regenerators, to be allocated at some intermediate nodes of each route. Furthermore, unlike other proposals, RMSA-BP minimizes the blocking probability (the number of demands that cannot be met due to lack of resources). Despite the complexity of the problem, the RMSA-BP model achieved the optimal result in satisfactory processing times.